
耳聋是一种严重妨碍人类日常交流和生活的疾病。全世界有近3亿人患有中度以上的听力损失,每1000名新生儿童中就有1-2人患有先天性耳聋,半数以上的患者是由遗传缺陷造成的,因此,这些遗传位点的鉴定和功能分析对于了解不同类型耳聋的致病机理、产前诊断及治疗就显得尤为重要。目前已有121个耳聋相关位点被定位到染色体上,其中55个位点已经确定相关的基因。在小鼠、鸡和斑马鱼等模式动物中的研究表明,耳聋相关基因对于胚胎阶段内耳的发育有重要的作用。然而,由于研究手段的限制,目前只对其中部分基因进行了详细的研究。2011年8月15日,开心电玩城孟安明研究组在《人类分子遗传学》上发表题为《Grhl2 deficiency impairs otic development and hearing ability in a zebrafish model of the progressive dominant hearing loss DFNA28》的科研论文,利用斑马鱼为模式动物,建立了人类渐进性常染色体显性听力损失DFNA28相关基因GRHL2的动物模型,并阐明了Grhl2基因在内耳发育中的作用及机理。

斑马鱼grhl2b基因是人GRHL2基因的直系同源基因,隶属于Grhl家族,是具有保守的CP2结构域的转录因子。早在2002年就有人通过分析一个美国耳聋家族将耳聋DFNA28位点定位到GRHL2位点上,然而对于这一位点突变引起的内耳缺陷及致病机理却一直不清楚。利用斑马鱼Tol2转座子介导的基因捕获技术,孟安明研究组成功地筛选到一个grhl2b突变品系。在该品系中,Tol2转座子整合到grhl2b基因的第一个内含子中,导致grhl2b转录本不能正常地剪接,从而破坏了其功能。对该品系的仔细分析发现,纯合突变体的内耳出现耳腔容积变大、耳石变小甚至消失、内耳上皮细胞变薄、前庭半规管系统发育迟缓并有不规则突起等异常表型。进一步通过电生理及行为学实验发现,突变体的内耳不能正常地产生动作电位,对声音的刺激不敏感,不能产生正常的惊吓反应,而且幼鱼和成鱼在水中游动不能保持平衡。这些现象说明,grhl2b基因突变后会影响内耳的发育,并导致听力障碍和平衡系统的缺陷,这与人类患者是相吻合的。
通过对标记基因表达的分析,该研究组发现grhl2b不影响内耳的早期诱导、图示形成及命运决定,也不影响内耳毛细胞的分化与发育。内耳毛细胞是感音细胞,对于听力的产生有着至关重要的作用,一直以来都是研究内耳发育的热点和重点。在小鼠和果蝇中的研究发现,Grhl家族其他成员能促进细胞连接蛋白的表达并调控表皮细胞的分化及功能。为了弄清楚grhl2调控内耳发育的分子机理,孟安明研究组重点关注细胞连接蛋白在突变体中表达的变化,最终他们发现紧密连接蛋白Claudin b和表皮细胞粘着分子Epcam在内耳中的表达有明显的下调甚至消失;与此相应,突变体内耳中的紧密连接也有明显的变短,而过表达grhl2可以恢复纯合体内耳中Claudin b和Epcam的表达。同时,在突变体内耳中表达外源的claudin b和epcam mRNA可以挽救内耳发育的缺陷,表明claudin b和epcam是grhl2b调控内耳发育的下游基因。进一步的实验还鉴定出Grhl2b在claudin b和epcam基因上的结合序列,并通过染色体免疫共沉淀和转基因技术证明这些结合序列对claudin b和epcam在内耳中表达的重要性。最后,他们通过序列分析以及过表达实验表明,斑马鱼grhl2b同人和小鼠的Grhl2基因在结构和功能上都是保守的。该项研究成果表明,grhl2b通过促进claudin b和epcam在内耳中的表达而调控内耳上皮细胞间连接的发育,从而维持内耳腔内的组分和浓度,为耳石和半规管系统等的正常发育提供必需的环境,进而保证听力和平衡系统的功能。